Интервью с экспертом:соучредитель Nano Dimension Саймон Фрид о развитии 3D-печати для электроники

Мир электроники - молодая, но быстро развивающаяся область 3D-печати. Электронные устройства, от дронов и спутников до ноутбуков и смартфонов, играют все более важную роль в нашей жизни. Однако для работы эти устройства зависят от электронных компонентов, таких как печатные платы (PCB), антенны и датчики.

3D-печать переопределяет способ, которым традиционно разрабатывались эти компоненты, отчасти за счет более быстрой разработки продукта и большей сложности конструкции, особенно в области неплоских (т.е. неплоских) геометрий.

Наноразмер - компания, ведущая в области аддитивного производства печатной электроники. Основанная в 2012 году израильская компания разработала собственную технологию - систему DragonFly Pro, которая позволяет одновременно печатать на 3D-принтере металлы и диэлектрические полимеры. Используя эту технологию, компании могут самостоятельно печатать прототипы на 3D-принтере быстрее и с меньшими затратами.

В экспертном интервью на этой неделе мы поговорили с Саймоном Фридом, соучредителем и президентом Nano Dimension, чтобы обсудить рост 3D-печати для электроники и то, как Nano Dimension прокладывает путь к этой уникальной приложение.

Не могли бы вы рассказать нам немного о Nano Dimension?

Nano Dimension предлагает эксклюзивное аддитивное производство для электроники. Раньше инженеры-электрики не имели возможности испытать идею с помощью 3D-печати. Кроме того, проблемы, с которыми сегодня сталкиваются инженеры-электрики, такие как огромное количество планов и аутсорсинга третьим сторонам, могут быть решены с помощью возможности 3D-печати электрических схем. Таким образом, наше решение предлагает свободу, гибкость, секретность и общую практичность, которые 3D-печать обеспечивает в механическом контексте и в электронике. Это один аспект.

Говоря конкретно о вашей технологии DragonFly Pro System, не могли бы вы подробнее рассказать о ее ценности?

Конечно - представьте, что вы инженер-электрик, которому нужно спроектировать следующую печатную плату для следующего продукта вашего работодателя. Первое, что вам нужно сделать, это решить, что должно работать в продукте и какие компоненты и датчики использовать. Обычно так устроена доска. И это делается с помощью программного обеспечения EDA (Electronic Design Automation) - по сути, вы используете сложное программное обеспечение для проектирования и часто также выполняете много моделирования, прежде чем отправлять свой проект стороннему производителю.

Что Nano Dimension позволяет инженерам-электрикам с помощью нашей технологии, так это спроектировать и дополнительно изготовить физическую плату, чтобы убедиться, что она спроектирована правильно, и увидеть, есть ли какие-либо ошибки, упущения или возможности для улучшения. Это вместо того, чтобы получать заказ на поставку или привлекать третью сторону для производства платы, что может занять до нескольких недель в зависимости от сложности конструкции и доступности поставщика.

Благодаря нашей технологии вы можете перейти от идеи к ее печати примерно за день. У нас были клиенты, которые смогли проработать 6 недель за полтора дня, потому что они могли распечатать доски для тестирования, а не ждать, пока сторонние поставщики их доставят.

<цитата>

Устраняя посредников при создании прототипов, мы позволяем компаниям брать на себя больше рисков при проектировании. Дизайнеры могут чаще проверять больше идей, а также секретно разрабатывать и тестировать. Если вы сможете развиваться быстро и дешево, то цена неудач будет снижена, а это значит, что люди не боятся инноваций.

Одна из причин, по которой многие оборонные компании связались с нами, заключается именно в том, что они часто очень ограничены в том, какие проекты они могут отправлять и какому поставщику. Они долго и усердно думают, прежде чем отправить что-либо третьему лицу, а иногда им просто не разрешают.

Какие еще преимущества аддитивного производства предлагает электроника?

<цитата>

Аддитивное производство позволяет создавать формы и геометрические формы, которые невозможно получить другим способом. Для инженера-электрика, который привык работать в очень двоичной среде, все плоские, с вертикальными или горизонтальными дорожками сигнала, это просто потрясающе.

Мир электроники гораздо менее снисходительный, чем, скажем, задача инженера-механика, где вы можете решить проблему разными способами и не так много ограничений. Электроника не имеет ни одной из этих степеней свободы - она ​​очень точно определяется традиционным производственным процессом и компонентами, которые вы планируете использовать. Итак, вы находитесь в смирительной рубашке, когда дело доходит до того, как вы можете проектировать и производить.

С добавкой вы открываете целый ряд новых конструкторских возможностей для инженеров-электриков, которые внезапно могут создавать вещи, которые имеют совершенно разные и неплоские геометрии, так как теперь гораздо меньше ограничений относительно того, как вы подходите к проектированию.

До сих пор людям и в голову не приходило проектировать по-другому, потому что они не могли создавать иначе.

Для нас это двоякий подход:во-первых, вы хотите позволить людям изготавливать традиционные печатные платы и РЧ-электронику, которые они делают сегодня, но более эффективно, действенно и независимо. Но мы также хотим, чтобы люди начали делать разные вещи, а не просто делать их по-другому. Это видение того, что мы делаем, - изменить производственный процесс, сделать его чем-то, что можно сделать собственными силами, и в результате с гораздо большей свободой дизайна.

Какие проблемы связаны с электроникой для 3D-печати?

Это очень сложное аддитивное производство, потому что мы одновременно печатаем металлы и полимеры. На металлах лучше всего печатать при повышенных температурах, и у них есть собственный набор требований для успешной печати, которые обычно сильно отличаются от того, что хорошо для полимеров. Это означает, что когда мы пытаемся заставить металлы и полимеры взаимодействовать друг с другом, возникает множество проблем с материалами, процессами и решениями, чего они обычно не хотят.

Мы ориентирована на одновременную печать обоих функциональных материалов с очень высоким разрешением.

Каково текущее состояние рынка 3D-печати электроники?

<цитата>

Вся область 3D-печатной электроники - это молодое пространство. В нем не так много компаний. Но то, что мы видим, - это то, что пространство развивается аналогично тому, как развивалось традиционное аддитивное производство, и первыми, кто принял эту новую технологию, часто оказываются те же компании, которые, возможно, через 10 лет погрузились в воду традиционной 3D-печати. назад.

Лидеры по внедрению аддитивного производства - это те же отрасли, которые сейчас делают успехи в направлении аддитивной электроники. Так что аэрокосмические, оборонные и научно-исследовательские организации спешат внедрить эти системы. Итак, 3D-печатная электроника - это захватывающая новая технология, и ее берут на вооружение самые дальновидные компании или компании, у которых есть значительные потребности в исследованиях и разработках.

Каким вы видите развитие аддитивного производства электроники в ближайшие годы?

Пейзаж действительно захватывающий. Мы видим, что мир механики и мир электричества становятся все ближе. Ключевой частью этого пути является программное обеспечение для механического проектирования, такое как Autodesk, Solid Edge и SolidWorks. Большинство этих компаний также предлагают программное обеспечение для проектирования электрических систем. Таким образом, дизайнер сможет разрабатывать электронные и механические детали более интегрированным образом.

Если мы рассмотрим продукты, которые мы увидим в будущем, то, что в идеале каждый должен иметь в своей продукции или на фабрике, - это дизайн, который элегантно объединяет механические потребности с электрически функциональными, такими как связь. или вычислительные потребности.

Например, с гибкими телефонами мы видим, что механические свойства быстро развиваются, а это означает, что вместе с ними должны развиваться и электрические возможности. И мы можем взглянуть на такие вещи, как носимые устройства - попытаться заставить носимые устройства включать электрические следы, что очень сложно. Многие носимые устройства сегодня еще не имеют оптимальных форм-факторов.

Итак, будь то носимые устройства или другие продукты, эти миры механики и электричества становятся все ближе друг к другу. Они должны делать больше дел друг с другом. В конечном итоге они должны адаптироваться к целям и потребностям любых клиентов или пользователей. Тенденция к Интернету вещей также предъявляет новые требования к дизайнерам, которым все чаще приходится задумываться о том, как внедрить электрические аспекты в места, которые исторически были «глупыми» частями.

В долгосрочной перспективе мы предполагаем, что 3D-принтеры будут печатать все большее количество конечных продуктов, в том числе то, что в настоящее время делается на отдельных машинах - будь то электрическая или механическая сторона, сборка или даже эстетика, такая как окрашивающие элементы, - все будет производиться на одних и тех же машинах, и эти машины будут производить очень сложные, гибко настраиваемые продукты.

Мы полагаем, что в краткосрочной перспективе он будет развиваться так же, как и пространство механических добавок. В течение последних десяти лет люди говорили о быстром прототипировании, и это была лишь очень избранная группа компаний, действительно внедряющих технологию аддитивного производства. Затем этому очень помогли люди, получившие доступ к аддитивному производству через сервисные бюро.

Теперь пространство 3D-печатной электроники находится в том же положении - сейчас, вероятно, там, где было традиционное пространство AM около 5 лет назад. Но он наверстает упущенное быстрее, потому что сейчас стало больше осознания:инженеры-электрики не приходят в аддитивное производство совершенно бессознательными, потому что они увидели то, к чему их коллеги-механики имели доступ и уже могут делать. Таким образом, мы увидим, что это становится чем-то, что решает отдельные производственные возможности, вероятно, быстрее, чем это было в случае с традиционными механическими приложениями.

В настоящее время это в основном быстрое прототипирование, но может пройти всего несколько лет, прежде чем мы увидим более массовое аддитивное производство электроники. Это потому, что почти все продукты сегодня включают электронику:автомобили, персональные компьютеры, дома, телефоны. А теперь, с появлением Интернета вещей, все будет говорить обо всем. Это означает, что большинство продуктов будут так или иначе электрифицированы. Таким образом, все будет взаимодействовать и, возможно, даже в определенной степени вычисляться.

Ввиду всех этих тенденций в области электроники, ее никогда не было раньше, будь то упаковка для пищевых продуктов, автомобили или медицинские устройства, такие как имплантаты. Все эти вещи будут меняться, все они потребуют лучших способов создания более мелких вещей или лучших способов создания более сложных вещей или лучших способов создания более функциональных вещей. В наши дни им в конечном итоге потребуется, чтобы электроника адаптировалась к новым требованиям.

Вы упомянули, что электроника, напечатанная на 3D-принтере, еще очень нова и на рынке мало компаний. Что делает Nano Dimension лидером рынка в этой сфере?

Я не верю, что в настоящее время есть какие-либо корпоративные или профессиональные предложения для 3D-печатной электроники, кроме того, что Nano Dimension вывела на рынок. Точно так же, как у вас есть сообщество производителей, которые могут использовать что-то вроде принтера типа Makerbot для домашнего использования, есть несколько компаний, действующих в этой области, когда дело доходит до печати электроники. Но других решений на уровне предприятия нет.

То, что мы предлагаем, представляет собой совершенно уникальное предложение, универсальный магазин для инженеров-электриков или компаний, которые хотят изменить способ разработки, производства и внедрения инноваций в электронике. Насколько мне известно, такого решения они не найдут больше нигде.

Nano Dimension работает с компаниями из разных сфер. Не могли бы вы привести пример вертикали и варианта использования, в котором ваша технология была активом?

Ключевыми направлениями деятельности являются аэрокосмическая промышленность и оборона, а отличным примером использования являются антенны.

Когда дело доходит до электроники для 3D-печати, вы можете печатать печатные платы, антенны или детали, которые являются как структурными, так и электрически функциональными. Однако антенны - это что-то вроде черного искусства:при их проектировании никогда нельзя точно знать, как они будут работать. Требуется много итераций, проб и ошибок, прежде чем вы поймете, что сделали лучший дизайн, который можно было бы удовлетворить этой конкретной потребности.

В области антенн мы недавно работали с компанией под названием Harris Corporation, где достигли весьма впечатляющего прорыва. Харрис хотел применить эту технологию к антеннам и тестированию, что не было вариантом использования, который мы изначально предлагали. Харрис помог нам понять, что это отличное решение для тех, кто также занимается проектированием антенн.

Что еще более важно, мы обнаружили, что антенны, напечатанные на 3D-принтере, работают точно так же, как антенны традиционного производства.

<цитата>

Таким образом, антенны - это одна из наиболее актуальных областей применения, которые относятся к той аэрокосмической и оборонной вертикали, где мелкосерийное производство очень сложных элементов является ключевым направлением. Это отличное место для аддитивного производства в целом, когда вы видите сложность и малые объемы.

Если вы посмотрите на объемы производства в сотни миллионов, то аддитивное производство - это не ответ ни в одной отрасли, по крайней мере, пока. Но это, безусловно, в аэрокосмической нише, где есть не столько объемный вопрос, сколько элемент надежности и решения сложных проблем.

Почему авиакосмическая промышленность и оборона стали такой ключевой вертикалью? Оборонным компаниям необходимо сохранять высокий уровень секретности. Еще одно ограничение заключается в том, что они ограничены в количестве поставщиков, с которыми им разрешено работать, а их внутренние процедуры передачи файла проекта третьей стороне невероятно сложны. Эти типы компаний сочетают потребность в безопасности и мелкосерийном производстве, поскольку они работают над дискретными и дорогостоящими проектами. И именно здесь присадка стала популярной, в том числе и в механических областях применения. Итак, мы следуем их примеру с точки зрения определения того, где приложение появляется в первую очередь.

Есть ли проблемы при разработке электроники для 3D-печати?

Если вы хотите использовать нашу технологию для изготовления традиционной зеленой печатной платы (PCB), квадратной или прямоугольной и плоской, это пространство, в котором у вас есть программное обеспечение для автоматизации электронного проектирования.

У вас есть программное обеспечение САПР в мире 3D, а в мире электричества у вас есть программное обеспечение EDA, которое является программным обеспечением, с которым мы можем работать напрямую с участием. Если вы используете это программное обеспечение для проектирования печатной платы, наше программное обеспечение будет по существу взаимодействовать с традиционным программным обеспечением для проектирования и распечатывать его. Это существующий процесс, с использованием существующих форматов файлов, и мы не требуем от кого-либо делать что-либо, чего не делали раньше.

Проблемы со стороны программного обеспечения возникают тогда, когда вы начинаете смотреть на так называемые неплоские электронные схемы, по сути создавая неплоские схемы. Например, вместо того, чтобы зеленая материнская плата была прямоугольником, это может быть пирамида или куб, потому что эта форма более оптимально вписывается в конкретное пространство.

<цитата>

Когда вы смотрите на разработку трехмерной электроники, в которой не используется традиционный подход плоской конструкции многослойных печатных плат, сегодняшние инженеры-электрики невероятно ограничены. Они не могут спроектировать электрическую дорожку, отличную от плоской, потому что печатные платы производятся таким способом. И все же было бы действительно полезно, если бы они могли проектировать трассы под уклоном. В настоящее время, если дизайнер хочет сделать что-то другое, что снимает множество ограничений, например, проектировать неплоские схемы, ему придется использовать программное обеспечение САПР для механической обработки, которое на самом деле предназначено для инженеров-механиков.

На данный момент, хотя наши принтеры, безусловно, могут печатать неплоские геометрические фигуры, в настоящее время нет программного обеспечения EDA, которое могло бы создавать такие детали. Вот почему сейчас мы видим, что крупные компании, такие как Siemens или Dassault Systèmes, стремятся интегрировать мир электрического и механического проектирования со своими программными пакетами. Nano Dimension разработала надстройку к SolidWorks, которая напрямую интегрируется в нашу систему точной 3D-печати. ​​

Мы наблюдали ту же траекторию и с традиционной 3D-печатью. Если мы вернемся на десятилетие назад и спросим людей, какое программное обеспечение САПР они использовали для проектирования полноцветных деталей, это программное обеспечение не обязательно могло облегчить такой дизайн. Несмотря на то, что, безусловно, существовали принтеры, способные передавать цвета способами, которые делали бы физически возможной печать, просто очень сложно или, возможно, невозможно спроектировать.

В электрическом пространстве есть вещи, похожие на это, где принтер, безусловно, может печатать, но нам, возможно, придется подождать несколько лет, прежде чем функции в программном обеспечении для дизайна действительно будут разработаны.

Значит, программное обеспечение для проектирования догоняет оборудование?

Да, именно так. В частности, в неплоской зоне. Непланарная новая геометрия требует нового программного обеспечения для проектирования, которое ждет своего часа.

Что касается аддитивного производства в целом, какие основные проблемы все еще стоят перед отраслью?

<цитата>

Перед аддитивным производством стоит задача не поддаться второй волне ажиотажа. Все мы знаем о большом пузыре 3D-печати в 2010 году, который был вызван шумихой и чрезмерными ожиданиями, когда отрасль оказалась втянутой в собственное повествование. И теперь то, что мы наблюдаем, представляет собой своего рода повторение того, что люди используют термин «аддитивное производство» вместо 3D-печати. ​​

Итак, вопрос в том, действительно ли системы начнут работать вовремя, чтобы это не воспринималось как еще одна волна ажиотажа? Это риск для всех в отрасли. Может ли технология продолжить переход к производству ?.

Конечно, аддитивное производство сейчас гораздо охотнее играет производственную роль, поэтому часто возникает вопрос, какую роль оно будет играть в качестве бизнес-инструмента. Раньше это был просто инструмент для создания прототипов с сжатием во времени, но теперь AM - это технология, которую организации могут использовать так же, как и любую другую производственную технологию. Мы наблюдаем, как различные типы систем аддитивного производства интегрируются в традиционные производственные линии. Роль смещается от начальных стадий проектирования к дополнению производства путем производства зажимных приспособлений и испытательных приспособлений или фактического производства готовых деталей.

Кроме того, индустрии аддитивного производства определенно нужны решения для большего количества материалов. . Теоретически с помощью 3D-печати можно изготавливать детали высокой сложности и функциональности, будь то механические, биологические или электрические. Но для этого нужно иметь достаточно материалов. Полимеры становятся прочнее, теперь для печати на более широком диапазоне металлов, а для электроники первостепенное значение имеют дополнительные функциональные аспекты, такие как диэлектрическая проницаемость.

Помимо материалов, существует также вопрос стандартов. Чтобы индустрия стала полноценной, у вас должны быть стандарты, которых придерживаются все. У вас должны быть процессы, например способы отслеживания продуктов и обеспечение защиты файлов по IP. Таким образом, для отрасли это будет меньше блеска и гламура, а больше вопросов о том, как эффективно развернуть эти технологии.

Насколько вы уверены, что аддитивное производство не поддастся второй волне ажиотажа?

У меня есть разумные основания полагать, что в настоящее время к нам привлекается все больше и больше крупных компаний, и мы видим реальные стратегии, а не просто волнение. Так что я думаю, что да, сейчас в отрасли достаточно крупных компаний и достаточно опытных людей, чтобы все было на высоте. Так что да, это большая возможность, не лишенная проблем. Я думаю, что индустрия аддитивного производства оправдает свои обещания.

Какой совет вы дали бы компании, которая хочет внедрить аддитивное производство, но не знает, с чего начать?

Для компании, которая не знает или плохо разбирается в AM, я бы порекомендовал понять, что производство этого типа - нетривиальная задача. Это сложное пространство с множеством разных типов принтеров, материалов и т. Д. Технологии, которые вы решите изучить и опробовать, могут оказаться неподходящими.

Таким образом, человек должен быть хорошо осведомлен о том, что именно он хочет делать, и быть готовым к кривой обучения - часто инженеры, которые получают систему, не обязательно имеют глубокое понимание того, как ее развернуть. . Мы, безусловно, рекомендуем людям узнать больше, они должны взаимодействовать с бюро обслуживания раньше, чем позже, и начать разбираться в том, что представляют собой различные технологии, а бюро обслуживания - это феноменальный способ понять, что это за предложения и как на самом деле разные технологии и материалы для осаждения доставить к потребностям вашей организации.

Есть много возможностей, и лучше всего использовать их, методично исследуя их и проявляя желание учиться.

Так что планируйте заранее, пользуйтесь услугами сервисных бюро, понимайте огромные различия между разными подходами. Не существует такого понятия, как «аддитивное производство», это действительно то, какой материал и какая машина лучше всего подходят для вашей конкретной области применения.

И наконец, что ждет Nano Dimension в 2019 году?

Мы надеемся, что 2019 год будет для нас таким же замечательным, как и 2018 год. Хотя я не могу ничего сказать о деталях, мы продолжим запускать нашу технологию, как и в этом году. В целом, мы уверены, что аддитивное производство электроники будет встречено так же хорошо, как и аддитивное производство механических деталей - и, возможно, даже больше!

Изображения любезно предоставлены Nano Dimension.
Чтобы узнать больше о Nano Dimension, посетите: https://www.nano-di.com/